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第12章 伦琴

姓名:伦琴

出生地:德国尼普镇

生卒年:1845—1923年

历史评价LiShiPingJia

在对阴极射线情有独钟的人群中,德国的物理学家威尔海姆·伦琴很快取得了非同凡响的收获,并把自己的名字永远刻在了天地之间。

1845年3月27日,在德国鲁尔地区一个人杰地灵的小镇——莱尼斯,随着“哇”的一声啼哭,伦琴来到了人世间。

伦琴是个聪明而又勤奋的孩子,在读书期间,他就以优异的成绩而深受好评。

从1888年起,他从国外学成回国后,担任了巴伐利亚州维尔茨堡大学物理研究所所长。正是在这个研究所期间,他独具慧眼,发现了具有极强穿透力的X射线,从而声名远播。

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伦琴射线

伦琴射线是一种波长很短的电磁辐射,其波长约为(20~0.06)×10-8厘米。伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应,波长越短的X射线能量越大,叫做硬X射线,波长长的X射线能量较低,称为软X射线。当在真空中,高速运动的电子轰击金属靶时,靶就放出X射线,这就是X射线管的结构原理。

X射线的特征是波长非常短,频率很高。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的,而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转,这说明X射线是不带电的粒子流。X射线用来帮助人们进行医学诊断和治疗;用于工业上的非破坏性材料的检查;在基础科学和应用科学领域内,被广泛用于晶体结构分析,及通过X射线光谱和X射线吸收进行化学分析和原子结构的研究。

自从担任物理所所长之后,他就一直孜孜不倦地研究着阴极射线,无论遇到多大的挫折,他始终都没有放弃。在研究过程中,伦琴发现,由于克鲁克斯管的高真空度,低压放电时没有荧光产生。

1894年,一位德国物理学家改进了克鲁克斯管,他把阴极射线碰到管壁放出荧光的地方,用一块薄薄的铝片替换了原来的玻璃,结果,奇迹发生了,从阴极射线管中发射出来的射线,穿透薄铝片,射到外边来了。这位物理学家就是勒那德。勒那德还在阴极射线管的玻璃壁上打开一个薄铝窗口,出乎意料地把阴极射线引出了管外。他接着又用一种荧光物质铂氰化钡涂在玻璃板上,从而创造出了能够探测阴极射线的荧光板。当阴极射线碰到荧光板时,荧光板就会在茫茫黑夜中发出令人头晕目眩的光亮。伦琴不止一次地重复了勒那德的实验。

伦琴天文卫星

1895年11月8日晚,劳累了一天的伦琴刚刚躺上了床,正想美美地做个梦。突然,好像有一股神奇的清风吹入了伦琴的灵魂深处,他赶紧一骨碌跳下了床,又好似有一个无形的神灵,牵引着他,他走到了他所熟悉的仪器旁,再次重复了勒那德的实验。

命中注定,一项石破天惊的科学奇迹产生了。伦琴欣喜地发现,这种阴极射线能够使一米以外的荧光屏上出现闪光。为了防止荧光板受偶尔出现的管内闪光的影响,伦琴用一张包相纸的黑纸,把整个管子里三层外三层地裹得严严实实。

在子夜时分,伦琴打开阴极射线管的电源,当他把荧光板靠近阴极射线管上的铝片洞口的时候,顿时荧光板亮了,而距离稍微远一点,荧光板又不亮了。

伦琴还发现,前一段时间紧密封存的一张底片,尽管丝毫都没有暴露在光线下,但是因为他当时随手就把它放在放电管的附近,现在打开一看,底片已经变得灰黑,快要坏了。这说明管内发出某种能穿透底片封套的光线。

伦琴发现,一个涂有磷光质的屏幕放在这种电管附近时,即发亮光;金属的厚片放在管与磷光屏中间时,即投射阴影;而比较轻的物质,如铝片或木片,平时不透光,在这种射线内投射的阴影却几乎看不见。而它们所吸收的射线的数量大致和吸收体的厚度与密度成正比。同时,真空管内的气体越少,线的穿透性就越高。

为了获得更加完美的实验结果,伦琴又把一个完整的梨形阴极射线管包裹好,然后打开开关,然后他便看到了非常奇特的现象:尽管阴极射线管一点亮光也不露,但是放在远处的荧光板竟然调皮地亮了起来。

伦琴真是欣喜若狂,他顺手拿起闪闪发亮的荧光板,想吻它一下,突然,一个完整手骨的影子鬼使神差般地出现在荧光板上。

伦琴顿时吓得不知所措,他不知这到底是在做梦,还是在做实验,他狠狠地在手上咬了一口,手被咬得生疼,他意识到自己不是在做梦,这一切都是真的。

伦琴赶紧开亮电灯,认真检查了一遍有关的仪器,又做起了这个实验。这时,天光已经微微发亮,在重重云层下,一轮美丽的红日,即将喷薄而出,给整个人类带来她无穷无尽的光和热。

伦琴没有时间去想别的东西。他看到,那道奇妙的光线又被荧光板捕捉到了。他又有意识地把手放到阴极射线管和荧光板之间,一副完整的手骨影子又出现在荧光板上。

伦琴终于明白,这种射线原来具有极强的穿透力和相当的硬度,可以使肌肉内的骨骼在磷光片或照片上投下阴影。

这时,伦琴的夫人走了过来,给伦琴披上了一件大衣,然后轻声地劝伦琴该去休息了。伦琴却一把抓住了夫人的手,放在荧光板和阴极射线管之间,荧光板上又出现了夫人那完整的手骨影子。

次日,伦琴便开始思考这一新发现的事实,他想,这很显然不是阴极射线,阴极射线无法穿透玻璃,这种射线却具有巨大的能量,它能穿透玻璃,遮光的黑纸和人的手掌。

——传世佳言——

我喜欢离开人们通行的小路,而走荆棘丛生的崎岖山路。

为了验证它还能穿透些什么样的物质,伦琴几乎把手边能够拿到的东西,如木片、橡胶皮、金属片等,都拿来做了实验。他把这些东西一一放在射线管与荧光板之间,这种神奇的具有相当硬度的射线把它们全穿透了。伦琴又拿了一块铅板来,这种光线才停止了它前进的脚步。

然而,限于当时的条件,伦琴对这种射线所产生的原因及性质却知之甚少。但他在潜意识中意识到,这种射线对于人类来说,虽然是个未知的领域,但是有可能具有非常大的利用价值。

为了鼓舞和鞭策更多的人去继续关注它,研究它,了解它并利用它,伦琴就把他所发现的这种具有无穷魅力的射线,叫做“X射线”。

手骨照片

1895年12月28日,伦琴把发现X射线的论文,和用X射线照出的手骨照片,一同送交维尔茨堡物理医学学会出版。

这件事,成了轰动一时的科学新闻。伦琴的论文和照片,在三个月内被连续翻印5次。大家共同分享着伦琴发现X射线的巨大欢乐。

X射线的发现,给医学和物质结构的研究带来了新的希望,此后,产生了一系列的新发现和与之相联系的新技术。

伦琴因为发现X射线,于1901年12月10日荣获诺贝尔物理学奖,成为世界上第一个获得诺贝尔奖的物理学家。伦琴对科学抱着老老实实的态度,为人谦虚,据说他把诺贝尔奖金全部贡献给了维尔兹堡大学。

伦琴因患肠癌,于1923年2月10日去世,终年78岁。为了永久纪念这位伟大的物理学家,德国人民在柏林市的波茨坦桥上竖立起伦琴的青铜塑像。国际学术界还做出决定,用“伦琴”来命名X或γ射线的照射量单位。

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